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- 2021-06-16 发布
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二 圆锥曲线的参数方程
互动课堂
重难突破
本课时要掌握椭圆、双曲线、抛物线的参数方程,并能应用于设圆锥曲线上的点,从而讨
论最值、距离或定值等问题.难点是对参数方程中参数的几何意义或物理意义的理解.
一、圆锥曲线的参数方程的实际意义
圆锥曲线的参数方程不是无本之末、无源之水,而是来源于实际生活,是实际生活的抽
象.
例如,在军事上,在一定高度下作水平飞行的飞机将炸弹进攻投向目标,要知道炸弹离
开飞机后的各个时刻所处的位置.像这样的实际问题显然炸弹所处的位置与离开飞机的时间
密切相关,通过时间就可以将炸弹各个时刻所处横、纵位置给确定,从而可知其所处位置,
是否能击中目标就可以及时得知,这时显然通过建立相应的参数方程比建立普通方程容易,
这也更有利于实际需要.再比如在研究人造地球卫星的运行轨道时,常常也选择其参数方程
的形式来予以研究.这样的例子还有很多.
二、圆锥曲线的参数方程
1.椭圆 2
2
2
2
b
y
a
x =1(a>0,b>0)的参数方程是
sin
,cos
by
ax (φ为参数).
要注意:(1)参数φ的几何意义是点(假设为 M)的离心角,不是 OM 的旋转角.
(2)通常规定φ∈[0,2π).
2.双曲线 2
2
2
2
b
y
a
x =1(a>0,b>0)的参数方程是
tan
,sec
by
ax (φ为参数).
同样需注意:(1)参数φ是点(假设为 M)所对应的圆的半径的旋转角(也称为点 M 的离心角),
不是 OM 的旋转角.
(2)通常规定φ∈[0,2π),且φ≠
2
π ,φ≠
2
3π .
3.抛物线 y2=2px(其中 p 表示焦点到准线的距离)的参数方程为
pty
ptx
2
,2 2
(t 为参数).需强
调,参数 t 表示抛物线上除顶点外的任意一点与原点连线的斜率的倒数,且 t∈(-∞,+∞).
4.圆锥曲线的参数方程的特点.
椭圆与双曲线的参数方程都与三角函数有着密切的关系.
椭圆的参数方程与正弦、余弦函数有着密切的关系,这与椭圆的有界性和正弦、余弦函
数的有界性有着一定的关系.而双曲线的参数方程与正割、正切函数有着密切的关系,这也
与双曲线的图形分布和正割、正切函数的值域有着密切的关系.
抛物线的参数方程是一、二次函数形式,同样这也与抛物线的图形分布和一、二次函数
的值域相对应着.
5.从课本的推导过程来看,好像一条圆锥曲线的参数方程形式的确是唯一的,但事实上,同
一条圆锥曲线的参数方程形式也不唯一,例如椭圆 12
2
2
2
b
y
a
x 的参数方程可以是
tan
,sec
by
ax 的形式,也可以是
tan
,sec
by
ax 的形式,它们二者只是形式上不同而已,但实
质上都是表示同一个椭圆(通过消参数即可看出),同样对于双曲线、抛物线亦是如此.
6. 当 圆 锥 曲 线 的 普 通 方 程 不 是 标 准 形 式 时 , 也 可 表 示 为 参 数 方 程 形 式 , 如
1)()(
2
2
2
2
b
ny
a
mx (a>b>0)可表示为
sin
,cos
bny
amx (φ为参数);同时要注意在使
用参数方程时所含变量的取值范围.
例如,实数 x、y 满足
9
)2()( 2
2
2 y
a
mx =1,试求 x-y 的最大值与最小值,并指出何时取得
最大值与最小值.
分析:本题的思考方式也许容易想到由已知方程予以变形代换,但容易看到会出现开方,很不
利于求 x-y 的最大值与最小值.这时,根据已知条件可考虑借助于相应的参数方程来求解,借
助于正弦、余弦的有界性从而把问题解决.
求解的过程可如下:
解:由已知可设
.2sin3
,1cos4
,sin3
2
,cos4
1
y
x
y
x
即
则 x-y=(4cosθ+1)-(3sinθ-2)=(4cosθ-3sinθ)+3=5cos(θ+α)+3, 其 中
cosα=
5
4 ,sinα=
5
3 .
当 cos(θ+α)=1,即θ+α=2kπ,k∈Z 时,
cosθ=cos(2kπ-α)=cosα=
5
4 ,
sinθ=sin(2kπ-α)=-sinα=-
5
3 ,
x=4×
5
4 +1=
5
21 ,y=3×(-
5
3 )-2=-
5
19 时,x-y 的最大值为 8,
同理,当 x=-
5
11 ,y=-
5
1 时,x-y 的最小值为-2.
活学巧用
【例 1】已知 A、B 分别是椭圆
936
22 yx =1 的右顶点和上顶点,动点 C 在该椭圆上运动,求
△ABC 的重心 G 的轨迹的普通方程.
解析:本题有两种思考方式,求解时把点 C 的坐标设为一般的(x1,y1)的形式或根据它在该椭
圆上运动也可以设为(6cosθ,3sinθ)的形式,从而予以求解.
解:由动点 C 在该椭圆上运动,故据此可设点 C 的坐标为(6cosθ,3sinθ),点 G 的坐标为
(x,y),则由题意可知点 A(6,0)、B(0,3).
由重心坐标公式可知
,sin13
sin330
,cos223
cos606
y
x
由此消去θ得到
4
)2( 2x +(y-1)2=1,即为所求.
点评:本题的解法体现了椭圆的参数方程对于解决相关问题的优越性.运用参数方程显得很
简单,运算更简便.
【例 2】 在椭圆 2
2
2
2
b
y
a
x =1(a>b>0)的第一象限的 上求一点 P,使四边形 OAPB 的面积最
大,并求最大面积.
解析:如图,将四边形的 OAPB 分割成△OAP 与△OPB,则 P 点纵坐标为△OAP 的 OA 边上的高,P
点横坐标为△OPB 的 OB 边上的高.
解:设 P(acosθ,bsinθ),S△APB=S△OAP+S△OPB
=
2
1 absinθ+
2
1 abcosθ
=
2
1 ab(sinθ+cosθ)
=
2
2 absin(
4
π +θ).
当θ=
4
π 时,四边形 OAPB 面积最大,最大面积为
2
2 ab,此时,P 点坐标为(
2
2 a,
2
2 b).
点评:用参数方程解决一些最值、距离或定值等问题,非常有效.
【例 3】在椭圆 7x2+4y2=28 上求一点,使它到直线 l:3x-2y-16=0 的距离最短,并求出这一最
短距离.
解:把椭圆方程化为
74
22 yx =1 的形式,
则可设椭圆上点 A 坐标为(2cosα, 7 sinα),
则 A 到 直 线 l 的 距 离 为
13
|16)sin(8|
13
|16sin72cos6| aad ( 其 中
β=arcsin
4
3 ).
∴当β-α=
2
π 时,d 有最小值,最小值为 .13
138
13
8 .
此时α=β-
2
π ,∴sinα=-cosβ=-
4
7 ,cosα=sinβ=
4
3 .
∴A 点坐标为(
4
7,2
3 ).
【例 4】一炮弹在某处爆炸,在 F1(-5 000,0)处听到爆炸声的时间比在 F2(5 000,0)处晚
17
300
秒,已知坐标轴的单位长度为 1 米,声速为 340 米/秒,爆炸点应在什么样的曲线上?并求爆
炸点所在的曲线的参数方程.
解析:本题与实际生活紧密相关,主要考查学生能否将所学数学知识应用于实际生活中来解
决相关的问题,并注意曲线的普通方程与参数方程之间的关系.
解:由声速为 340 米/秒可知 F1、F2 两处与爆炸点的距离差为 340×
17
300 =6 000 米.
因此爆炸点在以 F1、F2 为焦点的双曲线上.
因为爆炸点离 F1 处比 F2 处更远,
所以爆炸点 D 应在靠近 F2 处的一支上.
设爆炸点 P 的坐标为(x,y),则 PF1-PF2=6 000,
即 2a=6 000,a=3 000,而 c=5 000,
∴b2=5 0002-3 0002=4 0002.
又 PF1-PF2=6 000>0,
∴x>0.
∴所求的双曲线方程为 2
2
2
2
00040003
yx =1(x>0).
故所求曲线的参数方程为
tan0004
,sec0003
y
x 〔θ∈(-
2
π ,
2
π )〕.
点评:在 F1 处听到爆炸声比 F2 处晚
17
300 秒,相当于爆炸点离 F1 的距离比 F2 远 6 000 米,这
是解应用题的第一关——审题关;根据审题结合数学知识知爆炸点所在的曲线是双曲线,这
是解应用题的第二关——文化关(用数学文化反映实际问题);借助双曲线的标准方程写出爆
炸点的轨迹方程是解决应用题的第三关——数学关(用数学知识解决第二关提出的问题).
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